Системне обґрунтування і розробка адаптивних способів забезпечення надійності гірничих виробок

Результати моделювання при проведенні комбайном конвеєрного ухилу на ш. ім. Стаханова представлені на рис. 11 у вигляді картини зони непружних деформацій в 46 м від вибою (а) і розподілу коефіцієнту тріщинної пустотності kтр і відносних деформацій по шпуру у вугільному пласту (б) для чотирьох етапів розрахунку (1, 2, 3, 4). У початковий момент контролю зміщення розраховувалися при встановлених значеннях  = 1 і p =0,54 та попередньо призначених позамежних деформаційних показниках порід. В наступні моменти часу при проведенні виробки властивості порід у зоні руйнування коректувалися за рахунок зміни кута нахилу спадаючої вітки діаграми й залишкової міцності для досягнення більшої подоби кінетики розвитку деформаційних процесів і поліпшення зв'язку між параметрами. Зміщення (рис. 12), які розраховані підсумовуванням розкриття тріщин у заданому напрямку, добре співпадають із шахтними вимірами. Конвергенція порід в 46 м від вибою з точністю до 20% збігається з величиною, отриманої при шахтних спостереженнях.

Загальні закономірності деформування породного масиву досліджені навколо незакріплених і закріплених виробок різної форми (круглої, квадратної й склепінної) залежно від відстані до вибою z = L/R, показника міцності порід с / Н, початковою поля напружень 0, коефіцієнту реологічності p , несучої здатності рамного кріплення Р і місця його зведення. Моделюванням підтверджено, що у більшості ситуацій породи починають руйнуватися ще поперед вибою виробки (I тип) або безпосередньо за вибоєм у зоні його впливу (II тип). Інтегральними параметрами для характеристики стану виробки прийняті відносна площа зони зруйнованих порід Sрв, відносна площа додатково напруженої області масиву Sн і коефіцієнт відмови системи kq. Закономірності зміни зазначених параметрів для незакріпленої виробки демонструються на рис. 14, а отримані методом найменших квадратів залежності мають вигляд:

для площі зони руйнування -

(16)

для площі зони додаткового напруження -

(17)

для коефіцієнта відмови геотехнічної системи -

(18)

Всі залежності добре апроксимують експериментальні дані й мають вигляд експонент, що описуються трьома величинами (рис. 13): значенням параметру на межі зони впливу вибою zз; відстанню від вибою до місця, де починається руйнування порід z0 і коефіцієнтом апроксимації , що характеризує інтенсивність росту параметру, - які, у свою чергу, залежать від показників, що визначають гірничо-геологічні умови.

Моделюванням закріпленої виробки встановлено, що за існуючою технологією монтажу рамне кріплення практично не впливає на геомеханічні процеси на ділянці біля вибою. Активний силовий вплив кріплення на масив дозволяє змінювати деформаційно-міцностні характеристики порід у межах зони ущільнення й, тим самим, управляти станом виробки.

Дослідження виконані при постійному зусиллі розпору (560 кН) і змінній несучій здатності Р (від 160кН/м до 700кН/м) кріплення та відстані від вибою zр, на якому здійснюється ущільнення порід. В отримані рівняння (16-18) для урахування впливу кріплення за результатами моделювання введені лінійні функції впливу несучої здатності кріплення f0 , f1 , f2 і рівняння багатофакторної регресії, які являються собою відношення параметрів, що одержані при розпорі кріплення на змінній відстані z та на першій заходці:

;(19)

;(20)

.(21)

Аналіз залежностей (19-21) свідчить про те, що розпір кріплення на першій заходці доцільний в умовах першого типу (рис. 13). У цьому випадку площа зони руйнування істотно зменшується, причому ефект тим сильніше, чим вище несуча здатність кріплення. При руйнуванні порід у зоні впливу вибою (тип II) для кожного зусилля розпору й несучої здатності кріплення є оптимальна відстань від вибою, на якій досягається максимальний ефект від ущільнення порід. Слід зазначити, що при зниженні показника міцності с / Н момент оптимального розпору наближається до вибою. За рахунок кріплення з мінімальною несучою здатністю площа зони руйнування зменшується в 2,5-3,6 рази, а з максимальної - в 5,3 рази.

Для реалізації запропонованої методології забезпечення стійкості виробок обґрунтовані принципи управляння їх надійністю за рахунок зміни напружено-деформованого стану масиву й адаптації кріплення й розроблені нові способи, які спрямовані на вибір геометричних параметрів виробки, розвантаження масиву від напружень щілинами й камуфлетним вибухом; анкерування й ущільнення порід; забезпечення регульованого режиму роботи рамного й збірного суцільного кріплення. Деякі зі способів детально досліджені у виробничих умовах, у результаті чого обґрунтовані параметри, розроблені технологія й організація робіт, доведена результативність застосування й оцінена економічна ефективність від впровадження.

Спосіб підвищення стійкості виробок підривним розвантаженням і ін'єкційним зміцненням порід (а.с. 1023099, а.с. 1095709) використовується для запобігання здимання підошви (рис. 14). Параметри способу встановлені шляхом вивчення порушеності порід у зоні дії камуфлетного вибуху й закономірностей заповнення скріпним розчином порожнеч у роздроблених породах, дослідження розподілу напружень навколо виробки й розрахунку міцності породобетонної конструкції . З використанням методики двостадійного проектування спосіб впроваджений на шахтах "Золоте" й ім. Стаханова. Підтверджений актами обсяг впровадження склав 740 м виробок, а економічний ефект від заміни металевих і металобетонних обернених склепінь, підвищення швидкості проведення виробок і зниження витрат на їх ремонт перевищив 1 млн. руб. Розроблена технологія рекомендована державними нормами як спосіб боротьби зі здиманням підошви капітальних виробок.

Адаптація кріплення з СВП до мінливих умов за рахунок забезпечення керованого режиму взаємного деформування кріплення й порід реалізована за допомогою активного розпору рами (арки) шляхом силового розсунення елементів, що сполучаються, наявності консолей, і позацентрової дії сил стосовно нейтральної осі верхняка (стійки). Запропоновано кілька варіантів розпору трапецієподібного й аркового кріплення (пат. 10567А, пат. 35719А). На рис. 15 демонструється вдосконалене кріплення КПС, яке монтується у два етапи: спочатку з розпором у вертикальному напрямку шляхом розсунення стійки у вузлі піддатливості, а потім, з деяким відставанням від вибою й після забутовки порожнеч, у вертикальному й горизонтальному напрямках шляхом переміщення вузла піддатливості на верхняку й повороту стійки. Така технологія монтажу кріплення забезпечує попередній відпір по всьому її периметрі й ущільнення зруйнованих порід, причому сили гірського тиску, що діють на стійку, протидіють вертикальному тиску, а адаптація до підвищених навантажень у зоні впливу очисних робіт досягається за рахунок збільшення опору кріплення з ростом зміщень.

Закономірності зміни активного тиску кріплення на масив залежно від деформаційних характеристик порід, зусилля розпору й опору вузлів піддатливості; жорстокості й розмірів елементів кріплення, кількості, співвідношення сил й їх положення; довжини розвантажувальних консолей встановлені шляхом розрахунку елементів кріплення як конструкції на пружній основі з використанням планування експерименту.

У виробничих умовах спосіб реалізований на шахті "Перевальська" при розпорі кріплення КПС між покрівлею й підошвою виробки. При проведенні 5-го західного бремсбергу розпір рами дозволив зберегти несучу здатність порід покрівлі, де коефіцієнт тріщинної пустотності зменшився в 5 разів, змінити умови контактування верхняка з породами, забезпечивши вже на привібійній ділянці ймовірність контактування з математичним сподіванням 0,7. При цьому період активних зрушень знизився в 2 рази й зміщення покрівлі зменшилися в 4 рази. За рахунок ліквідації вибивань рам при підривних роботах, підвищення швидкості проведення й зменшення витрат на перекріплення 5-го бремсбергу отриманий економічний ефект у розмірі 250 тис. грн.

Розпір кріплення перед підходом очисних робіт виконаний в 5-м східному бремсбергу. Він дозволив відновити несучу здатність розшарованих порід і забезпечив більш сприятливий режим роботи кріплення, що дало можливість повторно використати виробку у якості вентиляційної. В результаті розпору кріплення порожнечі в покрівлі виробки, що описуються за логарифмічно нормальним законом розподілу, у середньому знижені з 128 мм до 20 мм, середня ймовірність контактування верхняка з породним оголенням збільшена до 0,6, а матсподівання підняття покрівлі рівнялося 44,3 мм. У порівнянні з контрольною ділянкою середнє значення коефіцієнту зниження зміщень порід при розпорі двох стійок із зусиллям 280 кН/раму склало 0,55, а трьох стійок (420 кН/раму) - 0,35.

Прикладом комплексного управління надійністю виробок із використанням адаптаційної концепції є роботи, що виконані при відпрацьовуванні 2-ї західної лави пласту k5 ш. "Перевальська". У зв'язку з виїмкою охоронного цілика виникла надзвичайна ситуація з підтримкою людського й конвеєрного ухилів і водозбірника, вихід з ладу яких спричинив би зупинку всієї шахти. На початковому етапі відпрацьовування виємочної ділянки у зв'язку з невизначеность ситуації до застосування був передбачений комплекс взаємодоповнюючих способів, прийнятних у даних умовах і з запасом гарантуючих безремонтну підтримку виробок, а управління їх станом з метою мінімізації витрат полягало в уточненні рішення згідно критерія адаптації при надходженні інформації про його ефективність.

Водозбірник, що розташовувався в 10-12 м під пластом, охоронявся підривним разукріпленням порід покрівлі й посиленням аркового кріплення стійкою, встановлюваною з розпором. Конвеєрний ухил, закріплений жорстким змішаним кріпленням, був посилений у проміжках між рамами додатковим кріпленням КПС, монтуємим з розпором. Після проходу лави кріплення посилення передбачалося повторно використати. Людський ухил, який необхідно було підтримувати протягом усього періоду відпрацьовування виємочного стовпа, до першої посадки покрівлі охоронявся за допомогою відсічного мікроторпедування (а.с. 983273), двох смуг із залізобетонних блоків (податливої й жорсткої) і дерев'яних ремонтин. Остаточною стратегією, раціональною з погляду конвергенції порід (300-350мм) і виробничих витрат, послужила охорона виробки ремонтинами й двома рядами окремих залізобетонних тумб. Проведені заходи запобігли зависанню важкообвалюющихся порід і забезпечили безремонтну підтримку виробки, що дозволило уникнути виробничих витрат й одержати економічний ефект у розмірі 932 тис. грн.

У найбільш складних умовах підтримки виробок на ш. "Перевальська" відмінні результати показало спільне застосування ущільнення порід, розпору кріплення й попередньо напружених анкерів (пат. 22206А). В 4-м західному бремсбергу було випробувано п'ять варіантів способу з установкою трьох анкерів, які розташовувались рядами між рамами кріплення КПС. Розшарований при надробці масив у покрівлі виробки ущільнювали гідростійками (рис. 16). Під впливом зусилля 210 кН покрівля в середньому переміщалась на 55 мм, а породи ущільнювались на глибину 1,5 м. Збільшення зусилля в 2 рази дозволило підняти верхняк у середньому на 99,5 мм й ущільнити породи на двометрову глибину. Встановлення анкерів в ущільнений масив і розпір кріплення запобігли розвитку деформаційних процесів у приконтурной зоні протягом усього періоду роботи лави. Армована товща зміщалася практично без розпушення, а зміщення покрівлі були обумовлені деформуванням порід за межами зони анкерування.

Застосування всіх варіантів способу дозволило істотно знизити зміщення порід покрівлі. Найбільшого ефекту досягнуто при максимальних значеннях керуючих параметрів. Зниження зусилля ущільнення при тій же довжині анкерів веде до падіння ефективності способу, хоча навіть при цьому зміщення зменшуються більш ніж у 5 разів. На ділянці застосування рамно-анкерного кріплення перед відпрацьовуванням другої лави виробку не ремонтували, за рахунок чого, а також скорочення витрати металу, отриманий економічний ефект 241,5 тис. грн.

ВИСНОВКИ

Дисертація є завершеною науково-дослідною роботою, у якій отримане нове рішення актуальної науково-прикладної проблеми, що полягає в теоретичному обґрунтуванні методології управління надійністю виробки і розробці адаптивних способів забезпечення їх стійкого стану в мінливих і невизначених умовах.

Основні наукові й практичні результати роботи:

1. На основі уявлення виробки як геотехнічної системи, що розширюється, досліджена її працездатність. Теоретично обґрунтована методологія прийняття рішень із забезпечення надійності виробки як системи в умовах невизначеності геомеханічної інформації, що базується на концепції адаптації її підсистем (масив, породне оголення, кріплення) друг до друга. Такий підхід дозволяє за рахунок визначення умовної імовірності досягнення системної мети (необхідної надійності) оцінювати стан виробки протягом усього життєвого циклу та вибирати управляючі стратегії й адаптивні способи забезпечення її стійкості.

2. Для оцінювання працездатності способів запропонований показник адаптації, який трактується при детермінованій функції відповідності як ступінь гарантії виконання поставленого завдання, а в стохастичному випадку - як імовірнісна гарантія досягнення мети. Теоретично обґрунтовані моделі взаємодії різних способів із зовнішнім середовищем, що дозволяють оцінювати відповідність найрізноманітніших параметрів, що перетинаються.

3. На підставі узагальнення шахтних інструментальних спостережень доведено, що найбільш інформативним показником стану порід є лінійний коефіцієнт тріщинної пустотності, котрий представляється у вигляді функції просторових координат, яка змінюється у часі з розвитком геомеханічних процесів навколо виробки. На основі використання коефіцієнту і якості контролюємого параметра розроблені принципи й методика геомеханічного контролю. Він дозволяє зіставити результати спостережень й моделювання на ЕОМ, визначити стадію розвитку деформаційного процесу й оцінити властивості порід за межею міцності.

4. Комплексними дослідженнями встановлені закономірності зародження й розвитку зони непружних деформацій при проведенні виробки з урахуванням технології її будівництва, неоднорідності й анізотропії властивостей масиву, початкового поля напружень і багатостадійного його перерозподілу, реологічних властивостей порід, форми вибою й конфігурації породного оголення, впливу кріплення, що дозволило систематизувати прояви гірського тиску, одержати емпіричні залежності для розрахунку параметрів зони руйнування й коефіцієнта працездатності від факторів, що впливають, для закріплених і незакріплених виробок різної форми.

5. Істотно розширені уявлення про прояви гірського тиску у виробках, які попадають у зону впливу очисних робіт. Встановлено, що у цьому випадку величина і швидкості зміщень порід вздовж виробки являють собою випадкові нестаціонарні функції, властивості яких залежать від відстані до лави, а показники варіюють у досить широких межах, що обумовлено різною несучою здатністю системи "масив-кріплення", змінною довжиною консолі завислих порід і непостійною швидкістю руху лави. На фіксованій відстані від очисного вибою випадкова функція зміщень контуру є стаціонарною й ергодичною, а випадкові зміщення розподілені за усіченим нормальним законом, що дозволяє оцінити ймовірність працездатного стану виробки за результатами шахтних інструментальних спостережень.

6. Доведено коректність використання суцільної чисельної моделі для моделювання мінливих геомеханічних процесів, удосконалена скінчено-елементна модель і розроблене програмне забезпечення для моделювання напружено-деформованого стану неоднорідного й анізотропного породного масиву навколо виробки, що дозволяє оцінити її стан і відтворити кінетику просування фронту руйнування порід шляхом розв'язання пружно-пластичної задачі з розукріпленням порід за межею міцності. У розрахунковому алгоритмі реалізований цілий комплекс моделей фізичного стану порід і факторів, які впливають, відсутні обмеження для дискретизації розрахункової області, а властивості порід ураховуються для кожного окремого елементу. Для формування бази даних і візуалізації результатів розрахунку в стандартах додатків Microsoft Windows розроблена інтерфейсна оболонка. Програми становлять інформаційну основу управління станом виробки.

7. Розроблені й перевірені у виробничих умовах параметри управлінням станом породного масиву за допомогою розвантаження, ущільнення, анкерування, ін'єктування скріпних розчинів і попереднього розпору кріплення. Уперше спільна механічна поведінка монолітного, тріщинуватого й затампонованого масивів із кріпленням описана діаграмами позамежного деформуваннями й регресійними залежностями між керуючими технологічними параметрами й деформаційно-міцностними показниками порід. Запропонована модель для визначення несучої здатності масиву за межею міцності з урахуванням керуючих впливів адаптивних способів.

8. Сформульовані теоретичні основи прогнозування проявів гірського тиску при спорудженні виробок на базі розв'язання псевдо-просторової чисельної задачі, що полягає в заміні просторового рішення послідовним розв'язком плоских, для яких мінливі початкові й граничні умови задаються виходячи з рішення задачі на попередньому кроці, а зовнішнє навантаження визначається функцією впливу вибою на розподіл напружень, яка установлена із розв'язку об'ємної задачі. З використанням розробленої моделі запропонована нова методологія прогнозування геомеханічних процесів при проведенні виробки, що полягає з моніторингу за розвитком руйнування порід й моделюванні на ЕОМ, яке періодично коригується за результатами шахтних спостережень. Методологія дозволяє з мінімальними витратами усунути невизначеність геомеханічної інформації, і, насамперед, установити невідоме співвідношення силових векторів діючого в масиві поля напружень, і використовувати чисельне моделювання в період часу між вимірами для поточного прогнозування зміщень порід.

9. Розроблені адаптивні способи забезпечення стійкості виробок, які засновані на управлінні параметрами, як активних засобів, так і середовища, і передбачають поетапну зміну структури системи при мінімумі втрат або пристосування взаємодіючих параметрів при сталій структурі. Діяльністю з забезпечення стійкості виробок слід управляти комплексно з урахуванням черговості досягнення мети й спрямованості геомеханічного впливу шляхом постійного руху до найкращого рішення за рахунок адаптації технології до мінливого середовища. Основні способи знайшли промислове застосування. Використання результатів виконаних досліджень сприяло науково обґрунтованому вибору ефективних технологій забезпечення стійкості виробок і дозволило одержати на ряді шахт Донбасу економічний ефект у розмірі понад 1 млн. руб. (у цінах 1985 р.) і 1,42 млн. грн.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ І РЕЗУЛЬТАТИ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В НАСТУПНИХ РОБОТАХ:

1. Литвинский Г.Г., Бабиюк Г.В., Быков А.В. Эффективные способы предотвращения пучения пород в шахтах: Обзорная информация / ЦНИЭИуголь, ЦБНТИ Минуглепрома УССР. - М.: 1985. - 49 с.

2. Обратный свод крепи из разгруженных от напряжений и упрочненных пород /Г.Г. Литвинский, Г.В. Бабиюк, В.С. Кукленко, А.П. Шеболденко, Н.И. Нестеренко // Уголь Украины. - 1980. - № 2. - С. 14-15.

3. Литвинский Г.Г., Бабиюк Г.В. Область применения замкнутых конструкций крепи капитальных выработок // Шахтное строительство. - 1980. - № 9. - С. 13-16.

4. Бабиюк Г.В. Повышение устойчивости породных обнажений горных выработок разгрузкой от напряжений // Сб. науч. трудов: Механика подземных сооружений. - Тула: ТПИ, 1983. - С. 64-67.

5. Литвинский Г.Г., Бабиюк Г.В., Даниленко Б.Н. Опыт двухстадийного проектирования обратных сводов крепи для предотвращения пучения пород почвы выработок // Шахтное строительство. - 1983. - № 2. - С. 16-20.

6. Опыт повышения устойчивости выработок на шахте им. Стаханова / Г.В. Бабиюк, С.Г. Коробкин, В.Н. Мусиенко, Е.З. Ряснов // Уголь Украины. - 1984. - № 5. - С. 10-12.

7. Бабиюк Г.В., Коробкин С.Г. Оценка качества работ по борьбе с пучением разгрузкой и упрочнением пород почвы // Межвуз. сб. науч. трудов: Технология строительства горных выработок. - Кемерово: Куз ПИ, 1989. - С. 26-31.

8. Бабиюк Г.В. Оценка коэффициента бокового распора горного массива по результатам экспериментальных исследований закономерностей развития зоны разрушения пород вокруг выработки // Сб. науч. трудов: Горное давление в капитальных и подготовительных выработках. - Новосибирск: ИГД СО АН СССР, ИУ СО АН СССР, 1985. - С. 91-95.

9. Бабиюк Г.В., Коробкин С.Г. Определение коэффициента трещиноватости при реометрических измерениях // Шахтное строительство. - 1986. - № 4. - С. 11-14.

10. Стельмах В.М., Бабиюк Г.В., Леонов А.А. Повышение эксплуатационной надежности подготовительных выработок на шахте "Перевальская" // Уголь Украины. - 1996. - № 2. - С. 13-18.

11. Бабиюк Г.В. Методика подбора состава эквивалентного материала с учетом прочностных и деформационных свойств // Изв. вузов. Горный журнал. - 2004. - №6. - С. 114-118.

12. Бабиюк Г.В., Онищенко А.И., Стельмах В.М. Эффективность технологических решений по повышению надежности подготовительных выработок // Уголь Украины. - 1997. - № 4 - С. 18-21.

13. Бабиюк Г.В. Подготовительная выработка как адаптивная система // Уголь Украины. - 1997. - № 10. - С. 15-18.

14. Бабиюк Г.В., Леонов А.А., Касьянов В.А. Определение показателей нарушенности пород по результатам электроемкостного каротажа // Известия Донецкого горного института. - 1997. - № 2 (6). - С. 86-92.

15. Бабиюк Г.В. Оценка работоспособности способов обеспечения устойчивости породных обнажений горных выработок // Изв. вузов. Горный журнал. - 1998. - № 1-2. - С. 46-52.

16. Бабиюк Г.В., Леонов А.А. Моделирование процесса деформирования заармированных пород // Сб. науч. трудов НГА Украины: Проблемы и перспективы освоения подземного пространства крупных городов. - Вып. 1. - Днепропетровск: РИК НГАУ, 1998. - С. 69-75.

17. Бабиюк Г.В., Леонов А.А. Моделирование запредельных свойств пород // Сб. науч. трудов ДГМИ. - Вып. 7. - Алчевск: ИПЦ "Ладо", 1998. - С. 17-20.

18. Бабиюк Г.В., Леонов А.А., Стельмах В.М. Комбинированная рамно-анкерная крепь // Уголь Украины. - 1998. - № 10. - С. 12-15.

19. Бабиюк Г.В., Леонов А.А. Моделирование запредельного деформирования пород в режиме "плоская деформация" // Сб. науч. трудов ДГМИ. - Вып. 8. - Алчевск: ИПЦ "Ладо", 1998. - С. 16-24.

20. Бабіюк Г.В. Про імовірнісну природу взаємодії рамного кріплення з гірськими породами // Відомості Академії гірничих наук України. - 1998. - №1. - С. 75-77.

21. Обеспечение устойчивости выработок активным распором крепи / Г.В. Бабиюк, А.А. Леонов, А.И. Мележик и др. // Уголь Украины. - 1999. - №10. - С. 28-31.

22. Бабиюк Г.В. Математическое моделирование напряженно-деформиро-ванного состояния пород вблизи забоя выработки // Известия Донецкого горного института. - 1999. - № 1 (10). - С. 60-66.

23. Бабиюк Г.В., Леонов А.А. Обобщенная модель оценки надежности горной выработки // Сб. науч. трудов ДГМИ. - Вып. 11. - Алчевск: ИПЦ "Ладо", 2000. - С. 4-12.

24. Бабиюк Г.В., Бабиюк Г.Г., Топтун Н.И. Монтаж рамной податливой крепи с предварительным распором // Уголь Украины. - 2000. - № 4. - С. 12-24.

25. Бабиюк Г.В. О проблеме надежности горных выработок // Науковий Вісник НГАУ. - 2000. - № 6. - С. 12-16.

26. Бабиюк Г.В., Леонов А.А., Мележик А.И. Моделирование взаимодействия породного массива с рамной крепью // Изв. вузов. Горный журнал. - 2001. - № 1. - С. 44-50.

27. Бабиюк Г.В. Учет фактора времени при моделировании геомеханических процессов в призабойной части выработки // Науковий Вісник НГАУ. - 2001. - № 3. - С. 6-10.

28. Бабиюк Г.В., Леонов А.А. Изучение запредельных свойств армированных пород // Сб. науч. трудов ДГМИ. - Вып. 15. - Авчевск: ИПЦ "Ладо", 2002. - С. 18-28.

29. Бабиюк Г.В., Мележик А.И., Курман С.А. Оценка напряженного состояния массива при проведении выработки // Уголь Украины. - 2002. - № 5. - С. 22-26.

30. Бабиюк Г.В., Леонов А.А. Выявление связи запредельных свойств пород с параметрами анкерной крепи // Сб. науч. трудов НГУ. - Вып. 15. - Том 2. - Днепропетровск: РИК НГУ, 2002. - С. 95-102.

31. Бабиюк Г.В. Влияние неровностей поверхности выработки на развитие деформационных процессов в ее окрестности // Сб. науч. трудов НГУ. - Вып. 17. - Том 1. - Днепропетровск: РИК НГУ, 2003. - С. 316-324.

32. Бабиюк Г.В., Диденко М.А. Изучение влияния граничных условий на развитие деформационных процессов вокруг выработки // Науковий вісник НГУ. - № 12. - 2003. - С. 42-45.

33. Бабиюк Г.В., Диденко М.А. Оценка работоспособности проводимой горной выработки // Сб. науч. трудов ДГМИ. - Вып. 17, - Алчевск: ИПЦ "Ладо", 2003. - С. 107-116.

34. Бабиюк Г.В., Диденко М.А. Прогнозирование проявлений горного давления при проведении выработок // Науково-технічний збірник: Розробка рудних родовищ. - Вып. 85.- Кривой Рог: КТУ, 2004. - С.176-179.

35. Babiyouk G.V. Systemic approach to solving the problem of mine working reliability increasing // Geotechniques 97. The rudiment of modern technology of construction. - Bratislava: ORGWARE, 1997. - p. 117-118.

36. Бабиюк Г.В. Моделирование геомеханических процессов в зоне влияния забоя горной выработки // Сб. науч. статей II Междунар. конф. "Проблемы и перспективы освоения подземного пространства крупных городов". - Днепропетровск: НГА Украины, 1997. - С. 92-95.

37. Бабиюк Г.В. Анализ риска при выборе формы и размеров поперечного сечения подземной горной выработки // Материалы Междунар. экологического симпозиума "Перспективные информационные технологии и проблемы управления рисками на пороге нового тысячелетия" в рамках научных чтений "Белые ночи - 2000". - Санкт- Петербург: МАНЭБ, 2000. - С.92-94.

38. Бабиюк Г.В., Леонов А.А., Диденко М.А. Информационные основы контроля и управления геомеханическими процессами при проведении выработок // Гірничодобувна промисловість України і Польщі: Актуальні проблеми і перспективи: Матеріали Українсько-Польського форуму гірників - 2004 (Ялта, Крим). - Дніпропетровськ: НГУ, 2004.- C. 172-182.

39. Бабиюк Г.В. Вероятностная модель отказа горной выработки // Вестник МАНЭБ. -Вып. №4(12) - Санкт-Петербург, Алчевск: ИПЦ "Ладо", 1998. - С. 81-83

40. Бабиюк Г.В. Оценка функции влияния забоя для прогнозирования проявлений горного давления в выработке с помощью решения псевдо-пространственных задач // Вестник МАНЭБ. - Вып. 10 (22). - Санкт-Петербург, Алчевск: ИПЦ "Ладо", 1999. - С. 105-109.

41. Бабиюк Г.В. Адаптация формы горной выработки к напряженному состоянию массива //Вестник МАНЭБ. - Вып. 1(37). - Санкт-Петербург, Алчевск: ИПЦ "Ладо", 2001. - С. 35-37.

42. Бабиюк Г. В. Имитационное моделирование проявлений горного давления при проведении выработки // Вестник МАНЭБ. - Вып. 7(55). - Том 7. - Санкт-Петербург, Алчевск: ИПЦ "Ладо", 2002. - С. 16-18.

43. Бабиюк Г.В. Модель надежности горной выработки как геотехнической системы // Вестник МАНЭБ. - Вып. 5 (65). - Том 8. - Санкт-Петербург, Алчевск: ИПЦ "Ладо", 2003, - С. 42-44.

Особистий внесок здобувача в роботах, написаних у співавторстві: [1] - аналіз способів; [2, 6, 10, 12, 21] - розробка технології робіт й аналіз результатів шахтних випробувань; [3] - збір даних й їх аналіз; [5] - розробка ідеї двостадийного проектування; [7] - розробка методики оцінки якості робіт; [9, 14,] - розробка методики вимірів й одержання математичних залежностей; [11] - розробка ідеї й аналіз результатів; [16, 17, 19, 26, 28, 30] - розробка методики, участь в експерименті, аналіз результатів, одержання математичних моделей; [18] - розробка параметрів способів; [23] - розробка імовірнісної моделі оцінки надійності виробітку; [24] - розробка конструкції кріплення й технології її монтажу; [29] - розробка методики, аналіз результатів; [32-34, 38] - розробка ідеї, виконання розрахунків, аналіз результатів.

АНОТАЦІЯ

Бабіюк Г.В. Системне обґрунтування й розробка адаптивних способів забезпечення надійності гірничих виробок. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.15.04 - "Шахтне та підземне будівництво". - Національний гірничий університет, Дніпропетровськ, 2004.

Дисертація присвячена розв'язанню проблеми підвищення надійності виробок шляхом використання системної методології для оцінювання ефективності їх функціонування й розробки адаптивних способів забезпечення стійкості порід. Ідея роботи полягає в управлінні станом виробки як геотехнічної системи "масив - породне оголення - кріплення" за рахунок пристосування до мінливих умов. У роботі обґрунтована нова методологія прогнозування геомеханічних процесів і прийняття рішень із забезпечення надійності виробок при їх проектуванні, проведенні й підтримці в породному масиві з невизначеними властивостями. Методологія поєднує геомеханічний контроль й моделювання, що періодично коригується за результатами шахтних спостережень, і дозволяє кількісно оцінювати надійність виробки на різних етапах життєвого циклу і якість взаємодії параметрів способу й середовища. Розроблені адаптивні способи управління параметрами активних засобів і середовища, що передбачають поетапну зміну структури системи або регулювання режиму її роботи. Запропоновані залежності між керуючими параметрами й деформаційно-міцностними показниками порід і моделі для визначення стану масиву без і з урахуванням впливу кріплення. Основні способи знайшли промислове застосування.

Ключові слова: виробка, система, породний масив, кріплення, надійність, геомеханічні процеси, моделювання, прогнозування.

АННОТАЦИЯ

Бабиюк Г.В. Системное обоснование и разработка адаптивных способов обеспечения надежности горных выработок. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.15.04 - "Шахтное и подземное строительство". - Национальный горный университет, Днепропетровск, 2004.

Диссертация посвящена проблеме повышения надежности выработок путем использования системной методологии для оценки эффективности их функционирования и разработке адаптивных способов обеспечения устойчивости выработок. Идея работы состоит в управлении состоянием выработки как геотехнической системы за счет приспособления ее подсистем: массив, породное обнажение, крепь.

В работе исследована работоспособность выработки как расширяющейся геотехнической системы и обоснована рациональная методология принятия решений по повышению надежности выработок при их проектировании, проведении и поддержании в массиве с изменчивыми и неопределенными свойствами. Предложены показатели, позволяющие количественно оценивать надежность выработки на различных этапах жизненного цикла с учетом ожидаемых потерь и качество взаимодействия параметров способа и среды.

Разработаны принципы геомеханического контроля на основе периодического определения функции распределения коэффициента трещинной пустотности пород вокруг выработки. Шахтными наблюдениями расширены представления о проявлениях горного давления при проведении выработок и в зоне влияния очистных работ. Статистически оценены характеристики случайных функций смещений пород в выработке и взаимодействия крепи с породным обнажением. Предложены вероятностные модели для оценивания состояния выработки по результатам шахтных наблюдений.

Разработаны конечно-элементная плоская модель и программное обеспечение для моделирования напряженно-деформированного состояния неоднородного и анизотропного породного массива вокруг выработки, позволяющие воспроизвести кинетику продвижения фронта разрушения путем решения упругопластической задачи с разупрочнением пород за пределом прочности и оценить надежность выработки. В алгоритме реализован комплекс моделей для учета физического состояния пород и влияющих факторов, отсутствуют ограничения для дискретизации расчетной области, а свойства пород задаются для каждого отдельного элемента. Для формирования базы данных и визуализации результатов расчета разработан интерфейс в стандартах Microsoft Windows.

Совместное механическое поведение монолитного, трещиноватого и затампонированного массивов с крепью впервые описано диаграммами запредельного деформирования и регрессионными зависимостями между управляющими параметрами и деформационно-прочностными показателями пород. Предложена модель для определения несущей способности массива с учетом воздействия активных способов.

На базе решения псевдопространственной численной задачи предложено методологию текущего прогнозирования геомеханических процессов, заключающуюся в мониторинге за их развитием и моделировании, периодически корректируемом по результатам шахтных наблюдений, и позволяющую определить неизвестное соотношение силовых векторов действующего в массиве поля напряжений и получить корреляционные зависимости между относительными деформациями разупрочнения и коэффициентом трещинной пустотности пород, используемые для прогноза смещений между замерами. Разработаны адаптивные способы управления параметрами активных средств и среды, предусматривающее поэтапное изменение структуры геотехнической системы или регулирование режима ее работы. Основные способы нашли промышленное применение.

Ключевые слова: выработка, система, породный массив, крепь, надежность, геомеханические процессы, моделирование, прогнозирование.

THE SUMMARY

Babijuk G.V. A system substantiation and mining of adaptive ways of maintenance of reliability of mine workings. - the Manuscript.

Thesis for doctor's degree by speciality 05.15.04 - "Mine and underground construction". - National mining university, Dnipropetrovsk, 2004.

The dissertation is devoted to a solution of a problem of increase of reliability of developments by use of system methodology for a valuation of efficiency of their functioning and mining of adaptive ways of maintenance of their stability. The idea of operation consists in management of a condition of a development as geotechnical system "massif - pedigree an exposure - support" due to the adaptation to changeable conditions. In operation soundly the new methodology of forecasting of geomechanics processes and acceptance of solutions on maintenance of reliability of developments is proved at their designing, realization and maintenance in a rock mass with uncertain properties. The methodology unites the geomechanics control and the imitating modeling periodically corrected by results of mine supervision, and quantitatively allows to estimate reliability of a development at various stages of life cycle and quality of interaction of parameters of a way and environment. Adaptive ways of management in parameters of active means and the environments providing stage-by-stage change of structure of system or regulation of a mode of its operation are developed. Dependences between managing parameters and deformation and strengthening parameters of soils and are offered model for definition of a condition of a massif without and in view of influence of a support. The basic ways have found industrial application.

Key words: mine working, system, a rock mass, a support, reliability, geomechanicals processes, modeling, forecasting.

Размещено на Allbest.ru